Reaktor jądrowy

Z Wikipedii

Rdzeń reaktora jądrowego

WWER-1000

Reaktor badawczy PULSAR, o mocy 1MW

Reaktor jądrowy - urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcję rozszczepienia jąder atomowych.

Reakcja rozszczepienia jąder atomowych ma przebieg lawinowy – jedna reakcja łańcuchowa może zainicjować kilka następnych. W celu kontrolowania szybkości reakcji tak by przebiegała z jednakową prędkością (mówimy że reakcja ma przebieg łańcuchowy tzn. jedno rozszczepienie inicjuje następne rozszczepienie jądra atomowego) wprowadza się do reaktora substancje pochłaniające neutrony. Są to na przykład bor lub kadm. Substancje te umieszczone są w prętach zwanych regulacyjnymi. Moderator służy do spowalniania neutronów poprzez zderzenia neutronów z jądrami moderatora.

[edytuj] Podział reaktorów

energetyczne,
- reaktory wodne, ciśnieniowe (tzw. PWR i WWER), w których chłodziwem i moderatorem jest zwykła woda pod ciśnieniem (na tyle wysokim by woda nie zaczęła odparowywać podczas normalnej pracy reaktora).
  - wyjątkowymi reaktorami wodnymi, ciśnieniowymi są reaktory RBMK (tego typu reaktory były między innymi w Czarnobylu oraz w innych elektrowniach na terenie byłego ZSRR), chłodzone są wodą, a moderowane grafitem.
- reaktory wodne, wrzące (BWR), w których chłodziwem i moderatorem jest również zwykła woda, ale wrząca,
- reaktory ciężkowodne (PHWR np. CANDU ), chłodziwem i moderatorem jest ciężka woda,
- reaktory gazowe (GCR, AGR, HTGR), w których chłodziwem jest gaz (dwutlenek węgla lub hel), a moderatorem grafit,
- reaktory prędkie (LMFR na szybkich neutronach), pozbawione moderatora, chłodziwem są najczęściej stopione metale: sód, rzadziej ołów.
napędowe (głównie okrętów podwodnych i dużych okrętów wojennych),
militarne (wytwarzające materiał rozszczepialny do broni jądrowej),
badawcze.

[edytuj] Budowa reaktora

W zdecydowanej większości elektrowni jądrowych energia rozszczepienia wzbogaconego uranu jest odbierana przez wodę, która w zależności od reaktora: odparowuje (reaktory wrzące BWR) lub nie (jeśli jest pod wysokim ciśnieniem - reaktory ciśnieniowe PWR i WWER).

Najczęściej czynnik podgrzany w reaktorze, przekazuje ciepło wodzie w wytwornicy pary, która dzieli cały układ na obieg pierwotny i wtórny. Wytworzona w wytwornicy para napędza turbozespół.

Typowy reaktor jądrowy zbudowany jest z rdzenia, reflektora neutronów oraz osłon biologicznych. Sam rdzeń zawiera pręty paliwowe, pręty regulacyjne (pochłaniają nadmiar neutronów), pręty bezpieczeństwa, moderator (zmniejsza energię neutronów), kanały chłodzenia i kanały badawcze.

[edytuj] Paliwo

W większości reaktorów (a we wszystkich lekko-wodnych) paliwo jądrowe stanowi wzbogacony uran. Wzbogacenie polega na zwiększeniu zawartości rozszczepialnego U-235 do około 3-5% (z około 0,7%), ale reaktory ciężkowodne (CANDU, PHWR) pracują przy naturalnym udziale izotopów. Reaktory prędkie wymagają jako paliwa bardziej wzbogaconego uranu (do 20%), bądź plutonu. Produkują za to, w procesie wychwytu neutronu i następujących rozpadów beta, pluton-239 z uranu U-238. Pluton może być następnie, po wydzieleniu używany jako paliwo. Przy odpowiedniej konstrukcji reaktor jest w stanie produkować w ten sposób więcej paliwa, niż go zużywa (reaktor powielający).

W przyszłości planuje się wykorzystywać jako paliwo jądrowe wzbogacony tor. W wyniku rozszczepienia toru powstają jądra atomowe o mniejszej masie niż przy rozszczepieniu uranu lub plutonu i jest wśród nich więcej jąder trwałych. Rozszczepienie toru wytwarza zbyt mało neutronów by uzyskać masę krytyczną, w związku z tym do reaktora takiego trzeba by wstrzeliwać neutrony pochodzące z zewnątrz. W celu uzyskania dużej ilości neutronów naukowcy pracują nad zastosowaniem zjawiska spalacji. W zjawisku tym jądra ciężkich pierwiastków np. ołowiu są bombardowane wiązką protonów o dużej energii (rzędu 1 GeV), w wyniku czego ulegają wzbudzeniu. Jądra pozbywają się energii wzbudzenia wyrzucając z siebie nukleony w tym i neutrony. Zjawisko spalacji może być stosowane w celu uczynienia bezpiecznymi i przedłużenia pracy paliwa obecnych reaktorów jądrowych, a także pomóc w utylizacji radioaktywnych odpadów.

Obecnie Indie opracowują reaktor typu AHWR (Advanced Heavy Water Reactor) przystosowany do "spalania" toru.

[edytuj] Historia

Pierwszy reaktor (uranowo-grafitowy) zwany CP-1 (ang. Chicago Pile no.1, "Stos chicagowski nr 1") zbudowany został na Uniwersytecie w Chicago pod kierunkiem włoskiego uczonego Enrico Fermiego. Pierwsza kontrolowana reakcja łańcuchowa została w nim zapoczątkowana 2 grudnia 1942.

[edytuj] Statystyka

10 listopada 2004 roku na świecie było 442 reaktorów. Znamionowa moc elektryczna bloków energetycznych, w których skład wchodziły wynosiła 366,5 GW(e). Tylko 48 z tych bloków miało mniej niż 10 lat.

266 reaktorów to reaktory wodne ciśnieniowe (PWR i WWER) mogące wytworzyć 239,6 GW(e). 22 reaktory jądrowe były w budowie, z czego 12 to PWR i WWER.

Polskie reaktory: